2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十三） 含交换膜的电化学装置在生产生活中的应用 （含答案）

这是一份2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十三） 含交换膜的电化学装置在生产生活中的应用 （含答案），共11页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时跟踪检测（三十三） 含交换膜的电化学装置在生产生活中的应用 一、选择题1．我国科学家设计的一种光电催化高效脱硫，并同步制备H2O2的装置如图所示。其中双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜组成，两膜之间的催化剂可将水分子解离成H＋和OH－。下列说法错误的是(  )A．该装置将电能和太阳能转化为化学能B．双极膜中的a膜是阳离子交换膜C．阴极区发生的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2D．0.5 mol SO2参与反应，生成H2O2的数目为0.5NA2．已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S，LiPF6·SO(CH3)2为电解质，用该电池作电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示(实验结束后，b中NaCl溶液浓度变大)。下列说法错误的是(  )A．外电路中，电子由Li极流向FeS极B．离子交换膜m和n分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜C．当b室离子数增加2NA时，镀镍铁棒质量增加59 gD．若将图中m膜去掉，将a、b两室合并，则电解反应总反应式会发生改变3．利用电化学方法可将CO2同时转化为甲烷、乙烯等产物，实验装置如图所示，下列说法错误的是(  )A．一段时间后，Cu极区溶液质量增大B．若Pt极区产生8 mol H＋，则产生CH4与C2H4共2 molC．生成乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2OD．若生成0.15 mol CH4和0.30 mol C2H4，则外电路中转移4.8 mol电子4．电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场的作用下，双极膜内中间界面层的水会解离为H＋和OH－，分别迁移进入双极膜两侧)。下列说法正确的是(  )A．a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜B．电流流向：电源正极→X电极→Y电极→电源负极C．若去掉X电极与a膜之间的双极膜，X电极区产物不变D．若外电路中通过1 mol电子，双极膜内有4 mol H2O解离5．锂液流电池是一种输出功率和储能容量彼此独立的二次电池。某锂液流电池，其工作原理如图。下列说法正确的是(  )A．断开K2、合上K1时，左侧Li＋浓度增大B．断开K1、合上K2时，石墨电极发生反应3I2＋2e－===2IC．储液罐中电解液在流动时可降低电极室中温度，延缓电池老化D．用此电池为铅酸蓄电池充电，电极A质量减少0.7 g时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水6．1,5­戊二胺()是生物法制备尼龙材料的重要原料，利用双极膜(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5­戊二胺硫酸盐(含和SO)转换为1,5­戊二胺，实现无害化提取，工作原理如图所示。下列说法错误的是(  )A．a极的电势比b极的低B．m膜为阳离子交换膜，n膜为阴离子交换膜C．电解过程中，H2SO4极室溶液的pH逐渐减小D．b极区每生成11.2 L气体(标准状况)，理论上可生成2 mol 1,5­戊二胺7．氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是(　 )A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化B．电解过程中OH－由a极区向b极区迁移C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少D．电解过程中1 mol NH3参与反应，失去3×6.02×1023个电子8．CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径。下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法。下列说法不正确的是(  )A．a电极连接电源的负极B．SO从a极区向b极区移动C．b极区中c(CH3COO－ )逐渐增大D．a极区中c(CO )逐渐增大9．目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是(  )A．X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过Cl－和Na＋C．电路中每生成标准状况5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各1 molD．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH) 二、非选择题10．酸碱中和反应能设计成原电池。某团队设计的装置如图所示。(1)Hg/HgO电极反应式为________________________________________________。(2)b膜为____离子交换膜(填“阴”或“阳”)。(3)生成0.5 mol H2O时，转移的电子数为_____。 11．HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。(1)电池负极电极反应式为_________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。(2)HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为________________________。课时跟踪检测（三十三） 含交换膜的电化学装置在生产生活中的应用一、选择题1．我国科学家设计的一种光电催化高效脱硫，并同步制备H2O2的装置如图所示。其中双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜组成，两膜之间的催化剂可将水分子解离成H＋和OH－。下列说法错误的是(  )A．该装置将电能和太阳能转化为化学能B．双极膜中的a膜是阳离子交换膜C．阴极区发生的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2D．0.5 mol SO2参与反应，生成H2O2的数目为0.5NA解析：选B 该装置有电源，为电解池，装置中还有太阳光，所以是将电能和太阳能转化为化学能的装置，A正确；左边上实现的是二氧化硫变成硫酸根离子，失去电子，电极反应为SO2＋4OH－－2e－===SO＋2H2O，为阳极，所以水电离出的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入左侧，故a为阴离子交换膜，B错误；右边为阴极，是氧气变成过氧化氢，电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C正确；0.5 mol SO2参与反应，转移1 mol 电子，对应生成H2O2的数目为0.5NA，D正确。2．已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S，LiPF6·SO(CH3)2为电解质，用该电池作电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示(实验结束后，b中NaCl溶液浓度变大)。下列说法错误的是(  )A．外电路中，电子由Li极流向FeS极B．离子交换膜m和n分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜C．当b室离子数增加2NA时，镀镍铁棒质量增加59 gD．若将图中m膜去掉，将a、b两室合并，则电解反应总反应式会发生改变解析：选C 根据题意可知碳棒为阳极，反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，镀镍铁棒为阴极，反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，b室增加Na＋和Cl－，当b室离子数增加2NA时，转移电子数为NA，析出Ni：0.5×59 g，C错误。3．利用电化学方法可将CO2同时转化为甲烷、乙烯等产物，实验装置如图所示，下列说法错误的是(  )A．一段时间后，Cu极区溶液质量增大B．若Pt极区产生8 mol H＋，则产生CH4与C2H4共2 molC．生成乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2OD．若生成0.15 mol CH4和0.30 mol C2H4，则外电路中转移4.8 mol电子解析：选B 根据实验装置图可知，工作原理为电解池，水失电子生成氧气和氢离子，氢离子通过质子交换膜移动到左侧阴极区，阴极二氧化碳得电子，生成甲烷和乙烯，据此结合电化学原理分析解答。根据装置图，CO2生成CH4、C2H4，以CO2转化为C2H4为例，每2 mol CO2转化为1 mol C2H4，质量变化为44×2＋12×1－28×1>0。所以对应电极区溶液的质量增大，同理，生成乙烯，溶液质量也会增大，A项正确；Pt极区产生8 mol H＋，移向Cu极区，因为生成CH4和C2H4的比不确定外，且氢离子还有一部分转化生成了H2O，所以无法根据迁移的氢离子具体计算有多少甲烷和乙烯生成，B项错误；铜电极为阴极，CO2参与反应，溶液呈酸性，因此产生乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，C项正确；生成0.15 mol CH4和0.30 mol C2H4，转移电子的物质的量为0.15 mol×8＋0.30 mol×6×2＝4.8 mol，D项正确。4．电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场的作用下，双极膜内中间界面层的水会解离为H＋和OH－，分别迁移进入双极膜两侧)。下列说法正确的是(  )A．a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜B．电流流向：电源正极→X电极→Y电极→电源负极C．若去掉X电极与a膜之间的双极膜，X电极区产物不变D．若外电路中通过1 mol电子，双极膜内有4 mol H2O解离解析：选B 根据Cl－透过a，知a为阴离子交换膜，Na＋透过c，知c为阳离子交换膜，A项错误；根据OH－移向X电极，H＋移向Y电极，知X电极为阳极，Y电极为阴极，电流流向：电源正极→阳极(X电极)→阴极(Y电极)→电源负极，B项正确；X电极为阳极，去掉双极膜之前，X电极上OH－放电，产物为O2，若去掉双极膜，则X电极上Cl－放电，产物为氯气，C项错误；若外电路中通过1 mol电子，根据各电极上转移电子数相等，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，知两个双极膜内各有1 mol H2O解离，因此双极膜内共有2 mol H2O解离，D项错误。5．锂液流电池是一种输出功率和储能容量彼此独立的二次电池。某锂液流电池，其工作原理如图。下列说法正确的是(  )A．断开K2、合上K1时，左侧Li＋浓度增大B．断开K1、合上K2时，石墨电极发生反应3I2＋2e－===2IC．储液罐中电解液在流动时可降低电极室中温度，延缓电池老化D．用此电池为铅酸蓄电池充电，电极A质量减少0.7 g时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水解析：选C 断开 K2、合上K1时，该装置为原电池，电极A为负极，发生反应：Li－e－===Li＋；为达到电荷守恒，左侧Li＋透过锂超离子导电隔膜移向右侧，故Li＋浓度基本不变，A项错误；放电时，右侧电极B为正极，碘在正极得到电子发生还原反应生成I，电极反应式为3I2＋2e－===2I；断开K1、合上K2时，为充电过程，B电极作阳极发生氧化反应，发生反应2I－2e－===3I2，B项错误；储液罐中电解液在泵作用下可以流动，把电池充电或放电过程产生的热量带走，避免由于电池发热而产生的电池结构损害，C项正确；铅蓄电池充电时反应原理为2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4～2e－；电极A质量减少0.7 g时，即Li消耗0.1 mol，转移电子的物质的量为0.1 mol，故铅蓄电池中消耗H2O的物质的量为0.1 mol，即1.8 g，D项错误。6．1,5­戊二胺()是生物法制备尼龙材料的重要原料，利用双极膜(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5­戊二胺硫酸盐(含和SO)转换为1,5­戊二胺，实现无害化提取，工作原理如图所示。下列说法错误的是(  )A．a极的电势比b极的低B．m膜为阳离子交换膜，n膜为阴离子交换膜C．电解过程中，H2SO4极室溶液的pH逐渐减小D．b极区每生成11.2 L气体(标准状况)，理论上可生成2 mol 1,5­戊二胺解析：选D 根据工作原理图，可知生物发酵液中通过m膜进入产品室，a极附近BPM中的OH－进入产品室，两者反应生成1,5­戊二胺，则a极为阴极，发生反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极的电势比阳极的低，A项正确；生物发酵液中的通过m膜进入产品室，则m膜为阳离子交换膜，b极为阳极，则生物发酵液中的SO通过n膜进入H2SO4极室，则n膜为阴离子交换膜，B项正确；b极为阳极，b极附近BPM中的H＋进入H2SO4极室，使溶液pH逐渐减小，C项正确；b极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则b极区每生成11.2 L气体(标准状况)，转移电子的物质的量为2 mol，有1 mol 进入产品室，可生成1 mol 1,5­戊二胺，D项错误。7．氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是(　 )A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化B．电解过程中OH－由a极区向b极区迁移C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少D．电解过程中1 mol NH3参与反应，失去3×6.02×1023个电子解析：选D　根据装置可确定，a为阳极，b为阴极。该装置工作时有太阳能、电能、化学能三种形式能量转化；n(KOH)不变，A、B、C项不正确。8．CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径。下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法。下列说法不正确的是(  )A．a电极连接电源的负极B．SO从a极区向b极区移动C．b极区中c(CH3COO－ )逐渐增大D．a极区中c(CO )逐渐增大解析：选C 根据图示，CO2在a电极生成H2和CO，发生还原反应，a为阴极，因为生成氢气，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，导致a极区中c(CO )逐渐增大，根据电荷守恒，SO从a极区向b极区移动。b极为阳极，电极反应式为，所以H＋不断增加会结合CH3COO－形成弱电解质CH3COOH，所以c(CH3COO－)逐渐减小。9．目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是(  )A．X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过Cl－和Na＋C．电路中每生成标准状况5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各1 molD．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)解析：选D 由BP双极膜中H＋、OH－移动方向可知：X电极为电解池的阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；Y电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解总反应为2H2O＋2Cl－电解,Cl2↑＋H2↑＋2OH－。精制盐水中Na＋经过M离子交换膜移向产品A室，与BP双极膜中转移过来的OH－结合生成NaOH，所以M膜为阳离子交换膜，盐室中Cl－经过N离子交换膜移向产品B室，与BP双极膜中转移过来的H＋结合生成HCl，所以N膜为阴离子交换膜。由以上分析知，X电极为电解池的阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；Y电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A错误；阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中每生成标准状况5.6 L气体Cl2，其物质的量是0.25 mol，转移电子0.5 mol，理论上获得副产品A (NaOH溶液)和B (HCl溶液)各0.5 mol，C错误；“双极膜组”电渗析法从NaCl溶液获得酸(HCl)和碱(NaOH)，由此推知：也可从MX溶液制备相应的酸(HX)和碱(MOH)，D正确。二、非选择题10．酸碱中和反应能设计成原电池。某团队设计的装置如图所示。(1)Hg/HgO电极反应式为________________________________________________。(2)b膜为____离子交换膜(填“阴”或“阳”)。(3)生成0.5 mol H2O时，转移的电子数为_____。解析：根据图示可知，Hg/HgO电极为负极，反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Hg/HgSO4电极为正极，反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，总反应为OH－＋H＋===H2O。答案：(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(2)阳 (3)0.5NA11．HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。(1)电池负极电极反应式为_________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。(2)HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为________________________。解析：负极发生氧化反应，碱性条件下，HCOO－(其中的碳元素为＋2价)被氧化生成HCO(其中的碳元素为＋4价)，则负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O。正极反应中，Fe3＋被还原为Fe2＋，Fe2＋再被O2在酸性条件下氧化为Fe3＋，Fe3＋相当于催化剂，因为最终有K2SO4生成，O2氧化Fe2＋的过程中要消耗H＋，故需要补充的物质A为H2SO4。答案：(1)HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O H2SO4 (2)2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O或2HCOO－＋O2===2HCO